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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf ein Fahrzeug mit einem elektrisch variablen Getriebe und insbesondere auf ein Verfahren zum Steuern der Regeneration einer Batterie für das elektrisch variable Getriebe.
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Aus der US 2007 / 0 145 954 A1 ist es bekannt, die maximal verfügbare Ladeleistung eines Batteriezellenstapels auf Grundlage einer den Batteriezellenstapel modellierenden Ersatzschaltung rechnerisch auf Grundlage der Leerlaufspannung zu bestimmen, welche zunächst auf Grundlage der Arbeitsspannung berechnet werden muss. Ist die Leerlaufspannung dann bekannt, kann der maximale Ladestrom unter Berücksichtigung des Widerstands, der vom Ladungszustand und der Temperatur abhängig ist, berechnet werden, woraus dann die maximal verfügbare Ladeleistung unter Berücksichtigung der maximalen Batteriespannung bestimmt wird, wobei die maximal verfügbare Ladeleistung dann noch durch einen temperaturabhängigen Faktor reduziert wird, falls eine gewisse Temperatur überschritten wird.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Fahrzeuge mit elektrisch variablen Getrieben werden üblicherweise teilweise durch das Getriebe mit der zugehörigen Batterie und den zugehörigen Motoren/Generatoren angetrieben. Überschüssige Energie vom Fahrzeug wird verwendet, um die gespeicherte Leistung der Batterie zu regenerieren. Die während des Bremsens verbrauchte Energie wird beispielsweise verwendet, um die Batterieladung zu regenerieren.
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Das zu schnelle Wiederaufladen einer Batterie kann jedoch unerwünschte Nebeneffekte aufweisen, wie z. B. das Erhöhen der Batterietemperatur über einen gewünschten Betriebsbereich und das Überladen der Batterie. Das Überladen der Batterie kann zu einem ungleichmäßigen Antrieb des Fahrzeugs und zu einer verringerten Kraftstoffeffizienz führen. Häufig kann die Batterie während des Wiederaufladens als Puffer wirken, um einen gleichmäßigen Antriebseffekt am Fahrzeug aufrechtzuerhalten. Wenn jedoch die Batterie bereits nahe der Kapazität liegt oder heiß ist, kann das Wiederaufladen der Batterie zu schnell stattfinden, als dass die Batterie einen Puffereffekt bereitstellt. Dies geschieht insbesondere während Ereignissen, die große Mengen an Leistung zum Wiederaufladen der Batterie erzeugen, wie z. B. Bremsen. Die gewünschte Menge an Regeneration der Batterie hängt von mehreren Faktoren, einschließlich der Temperatur der Batterie, der tatsächlichen Menge an Ladung, die von der Batterie gespeichert ist, und der Menge an Aufladeleistung, die zu einem gegebenen Zeitpunkt verfügbar ist, ab.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum Steuern der Regeneration einer Batterie für ein Fahrzeug anzugeben, mit dem sich die Batterie möglichst schnell und dennoch schonend regenerieren lässt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Die obigen Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der besten Arten zur Ausführung der Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen leicht ersichtlich.
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Figurenliste
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- 1 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem elektrisch variablen Getriebe und einem Regenerationssteuersystem; und
- 2 ist eine schematische Darstellung des Verfahrens zum Bestimmen eines tatsächlichen Regenerationswerts mit dem Regenerationssteuersystem von 1.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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In den Figuren, in denen sich in sämtlichen verschiedenen Ansichten gleiche Bezugszeichen auf dieselben oder ähnliche Komponenten beziehen, stellt 1 schematisch ein Fahrzeug 10 mit einer Maschine 12 und einem elektrisch variablen Getriebe 14 dar. Eine elektronische Steuereinheit (ECU) 16 ist mit der Maschine 12 und dem Getriebe 14 verbunden, um den Betrieb der Maschine 12 und des Getriebes 14 zu steuern.
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Das Getriebe 14 umfasst mindestens einen Motor/Generator 18 und eine Batterie 20. Ein Regenerationssteuersystem 22 umfasst das Getriebe 14, die ECU 16, die Batterie 20 und kann auch andere Komponenten (nicht dargestellt) des Fahrzeugs 10 umfassen, die Aufladeleistung für die Batterie 20 bereitstellen. Um ein Überladen der Batterie 20 zu verhindern, berechnet das Regenerationssteuersystem 22 die Menge der tatsächlichen Regeneration (RACT ), die bei einem gegebenen Satz von Betriebsbedingungen des Fahrzeugs 10 gewünscht ist. Die Menge der tatsächlichen Regeneration (RACT ) für die Batterie 20 hängt von mehreren Faktoren ab, einschließlich der tatsächlichen Temperatur der Batterie 20, des tatsächlichen Ladungszustandes (SOC) der Batterie 20 und der maximalen Aufladeleistung (PMAX ) der Batterie 20, ohne jedoch darauf begrenzt zu sein. Als Teil des Regenerationssteuersystems 22 kann die ECU 16 die erforderlichen Berechnungen durchführen, die erforderlich sind, um die Menge der tatsächlichen Regeneration (RACT ) für die Batterie 20 zu bestimmen und die erforderlichen Daten von den verschiedenen Komponenten des Fahrzeugs 10 zu sammeln.
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Mit Bezug auf 1 und 2 wird das Regenerationssteuersystem 22 genauer erörtert. Während des Betriebs des Fahrzeugs 10 wird eine Anforderung zum Regenerationssteuersystem 22 gesandt, um eine Menge für die Batterieregeneration zu bestimmen, Schritt 24. Die Anforderung zum Bestimmen der Menge der tatsächlichen Regeneration (RACT ) der Batterie 20 umfasst einen Wert der angeforderten Regeneration (RREQ ). Die angeforderte Regeneration (RREQ ) basiert auf der Menge an Leistung, die zum Senden zur Batterie 20 verfügbar ist. Der Wert der angeforderten Regeneration (RREQ ) steht mit der für die Batterie 20 von verschiedenen Komponenten und Funktionen des Fahrzeugs 10 gelieferten Leistung in Beziehung und steht nicht mit den tatsächlichen Zuständen der Batterie 20 in Beziehung.
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Das Regenerationssteuersystem 22 sammelt Daten von den verschiedenen Komponenten des Fahrzeugs 10, einschließlich des Bestimmens eines skalierten Werts für einen Ladungszustand (SOC) der Batterie 20, Schritt 26. Der tatsächliche Ladungszustand (SOCACT) der Batterie 20 ist ein Prozentsatz der tatsächlichen Ladung der Batterie 20 im Vergleich zur gesamten Ladungskapazität der Batterie 20. Der Ladungszustand (SOC) des skalierten Werts ist ein Wert zwischen 0 und 1, der zum tatsächlichen Ladungszustand (SOCACT) proportional ist, der in der Batterie 20 zu diesem Zeitpunkt enthalten ist.
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Der Ladungszustand (SOC) der Batterie 20 weist einen idealen Betriebsbereich auf, der minimal ausreichend Ladung für die verschiedenen Anforderungen an die Batterie 20 durch das Fahrzeug 10 liefert, während die Batterie 20 vor einer Überladung geschützt wird. Die Batterie kann jedoch außerhalb des „idealen“ Betriebsbereichs arbeiten. Daher weist die Batterie 20 einen annehmbaren Betriebsbereich auf, in dem eine gewisse Regeneration bis zu keiner Regeneration der Batterie 20 erwünscht ist. Daher wird ein vorbestimmter minimaler Ladungszustand (S1) als minimaler annehmbarer Prozentsatz der Batterieladung im Vergleich zur gesamten Ladungskapazität der Batterie 20, bei welchem noch mit der vollen Regenerationsrate Ladung zur Batterie 20 hinzugefügt werden sollte, festgelegt. Unter dem vorbestimmten minimalen Ladungszustand ist es annehmbar und erwünscht, die Batterie 20 mit der vollen verfügbaren Regenerationsleistung aufzuladen. Außerdem wird ein vorbestimmter maximaler Ladungszustand (S2 ) als maximaler gewünschter Prozentsatz der Batterieladung im Vergleich zur gesamten Ladungskapazität der Batterie 20 festgelegt. Der ideale Ladungszustand (SOC) der Batterie 20 ist beispielsweise ein Bereich von 50-70 %. Der gewünschte minimale Ladungszustand (S1 ) für die Regenerationskapazitätssteuerung wird auf 70 % festgelegt und der gewünschte maximale Ladungszustand (S2 ) wird auf 75 % festgelegt. Wenn die Batterie 20 auf 70 % liegt, liegt diese Batterie auf dem Minimum eines annehmbaren Bereichs zum Hinzufügen irgendeiner Ladung zur Batterie 20. Wenn die Batterie einen tatsächlichen Ladungszustand (SOCACT) von 75 % erreicht hat, liegt die Batterie an der äußeren Grenze des annehmbaren Bereichs und eine Aufladung der Batterie 20 ist nicht erwünscht. Andere Bereiche für den annehmbaren Ladungszustand (SOC) können festgelegt werden. Ein Fachmann auf dem Gebiet würde den zweckmäßigen Bereich für den annehmbaren Ladungszustand (SOC) auf der Basis einer speziellen Kombination eines Fahrzeugs 10 und einer Batterie 20 kennen.
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Das Folgende ist ein Beispiel zum Festlegen des Ladungszustandes (SOC) des skalierten Werts. Der tatsächliche Ladungszustand (SOCACT) der Batterie 20 wird gemessen. Wenn der tatsächliche Ladungszustand (SOCACT) geringer als oder gleich dem vorbestimmten minimalen Ladungszustand (S1 ) ist, wird der Ladungszustand (SOC) des skalierten Werts gleich 1 gesetzt. Dies wird durch die Gleichung: SOCACT ≤ S1 , dann SOC des skalierten Werts = 1, dargestellt. Wenn der tatsächliche Ladungszustand (SOCACT) größer als oder gleich einem vorbestimmten maximalen Ladungszustand (S2 ) ist, dann wird der Ladungszustand (SOC) des skalierten Werts gleich 0 gesetzt. Dies wird durch die Gleichung: SOCACT ≥ S2, dann SOC des skalierten Werts = 0, dargestellt. Wenn der tatsächliche Ladungszustand (SOCACT) der Batterie 20 zwischen dem vorbestimmten minimalen Ladungszustand (S1 ) und dem vorbestimmten maximalen Ladungszustand (S2 ) liegt, dann wird schließlich der Ladungszustand (SOC) des skalierten Werts als Verhältnis unter Verwendung der folgenden Gleichung festgelegt: S1 < SOCACT < S2, dann SOC = (S2-SOCACT)/(S2-S1).
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Das Regenerationssteuersystem 22 bestimmt auch einen skalierten Wert für die Temperatur (TBATT ) der Batterie 20, Schritt 28. Die tatsächliche Temperatur (TACT ) der Batterie 20 wird gemessen. Die Temperatur (TBATT ) des skalierten Werts der Batterie 20 ist ein Wert zwischen 0 und 1, der zur tatsächlichen Temperatur (TACT ) der Batterie 20 zu diesem Zeitpunkt proportional ist.
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Die Temperatur (TBATT ) der Batterie 20 weist einen idealen Betriebsbereich auf, der eine minimale Temperatur für eine optimale Leistung der Batterie 20 und eine maximale Temperatur, die die Batterie 20 vor einer Überhitzung schützt, bereitstellt. Die Batterie kann jedoch außerhalb des „idealen“ Temperaturbereichs arbeiten. Daher weist die Batterie 20 einen annehmbaren Betriebsbereich auf, in dem eine gewisse Regeneration bis zu keiner Regeneration der Batterie 20 erwünscht ist. Daher wird eine vorbestimmte minimale Temperatur (T1 ) der Batterie 20 als Minimum für den annehmbaren Betriebsbereich zum Lenken von Regenerationsleistung zur Batterie 20 festgelegt. Außerdem wird eine vorbestimmte maximale Temperatur (T2 ) der Batterie 20 festgelegt. Die ideale Temperatur (TBATT ) der Batterie 20 ist beispielsweise ein Bereich von 20-40 Grad Celsius. Die gewünschte minimale Batterietemperatur (T1 ) wird auf 40 Grad Celsius festgelegt und die gewünschte maximale Batterietemperatur (T2 ) wird auf 45 Grad Celsius festgelegt. Wenn die Batterie 20 auf 40 Grad Celsius liegt, befindet sich die Batterie 20 auf dem Minimum eines annehmbaren Bereichs zum Hinzufügen von irgendeiner Ladung zur Batterie 20. Wenn die Batterie 45 Grad Celsius erreicht hat, befindet sich die Batterie 20 an der äußeren Grenze des annehmbaren Bereichs und eine Aufladung der Batterie 20 ist nicht erwünscht. Andere Bereiche für die annehmbare Batterietemperatur (TBATT ) können festgelegt werden. Ein Fachmann auf dem Gebiet würde den zweckmäßigen Bereich für die Temperatur (TBATT ) der Batterie 20 auf der Basis einer speziellen Kombination eines Fahrzeugs 10 und einer Batterie 20 kennen.
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Das Folgende ist ein Beispiel zum Festlegen der Temperatur (TBATT ) des skalierten Werts für die Batterie 20. Die tatsächliche Temperatur (TACT ) der Batterie 20 wird gemessen. Wenn die tatsächliche Temperatur (TACT ) geringer als oder gleich der vorbestimmten minimalen Temperatur (T1 ) ist, wird die Temperatur (TBATT ) des skalierten Werts für die Batterie 20 gleich 1 gesetzt. Dies wird durch die Gleichung: TACT ≤ T1, dann TBATT = 1, dargestellt. Wenn die tatsächliche Temperatur (TACT ) größer als oder gleich der vorbestimmten maximalen Temperatur (T2 ) ist, dann wird die Temperatur (TBATT ) des skalierten Werts für die Batterie 20 gleich 0 gesetzt. Dies wird durch die Gleichung: TACT ≤ T2, dann TBATT = 0, dargestellt. Wenn die tatsächliche Temperatur (TACT ) der Batterie 20 zwischen den Werten von T1 und T2 liegt, wird schließlich die Temperatur (TBATT ) des skalierten Werts für die Batterie 20 als Verhältnis unter Verwendung der folgenden Gleichung festgelegt: T1 < TACT < T2, dann TBATT = (T2-TACT)/(T2-T1).
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Das Regenerationssteuersystem 22 bestimmt auch einen skalierten Wert für eine maximale Aufladeleistung (PMAX ) zum Aufladen der Batterie 20, Schritt 30. Die maximale Aufladeleistung (PMAX ) ist die maximale Menge an Leistung, die angelegt werden sollte, wenn die Batterie 20 aufgeladen wird. Die tatsächliche Aufladeleistung (PACT ), die zum Aufladen der Batterie 20 verfügbar ist, wird gemessen. Die maximale Aufladeleistung (PMAX ) des skalierten Werts ist ein Wert zwischen 0 und 1, der zur tatsächlichen Leistung (PACT ) zum Aufladen der Batterie 20 proportional ist, die zu diesem Zeitpunkt verfügbar ist.
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Die ideale maximale Aufladeleistung (PMAX ) der Batterie 20 ist ein Bereich, der ausreichend Aufladeleistung bereitstellt, um die Batterie 20 schnell aufzuladen, während die Batterie 20 vor einer zu schnellen Aufladung und einer Überhitzung oder Überladung geschützt wird. Wenn die Fähigkeit der Batterie 20 für die maximale Aufladeleistung (PMAX ) niedrig ist, kann dies zu Fahrqualitätsproblemen während Bremsübergängen und Getriebeschaltvorgängen führen. Daher wird eine vorbestimmte minimale Aufladeleistung (P1 ) als minimal gewünschte Aufladeleistung im Vergleich zur gesamten Aufladeleistungskapazität der Batterie 20 festgelegt. Alles unter der minimalen Aufladeleistung (P1 ) ist eine Aufladung mit der Fähigkeit der maximalen Aufladeleistung (PMAX ). Außerdem wird eine vorbestimmte gewünschte maximale Aufladeleistung (P2 ) als maximale gewünschte Aufladeleistung im Vergleich zur gesamten Aufladeleistungskapazität der Batterie 20 festgelegt. Die ideale maximale Aufladeleistung (PMAX ) der Batterie 20 ist beispielsweise ein Bereich zwischen 5 und 10 Kilowatt. Die vorbestimmte minimale Aufladeleistung (P1 ) wird auf 5 Kilowatt festgelegt und die vorbestimmte maximale Aufladeleistung (P2 ) wird auf 10 Kilowatt festgelegt. Andere Bereiche für die ideale maximale Aufladeleistung (PMAX ) können festgelegt werden. Ein Fachmann auf dem Gebiet würde den zweckmäßigen Bereich für die ideale maximale Aufladeleistung (PMAX ) auf der Basis einer speziellen Kombination eines Fahrzeugs 10 und einer Batterie 20 kennen.
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Das Folgende ist ein Beispiel zum Festlegen der maximalen Aufladeleistung (PMAX ) des skalierten Werts. Die verfügbare tatsächliche Aufladeleistung (PACT ) wird gemessen. Die tatsächliche Aufladeleistung (PACT ) ist ein negativer Wert. Wenn der Absolutwert der tatsächlichen Aufladeleistung (PACT ) geringer als oder gleich der vorbestimmten minimalen Aufladeleistung [engl.: power charge] (P1 ) ist, ist daher die maximale Aufladeleistung (PMAX ) des skalierten Werts gleich 1. Dies wird durch die Gleichung: PACT ≥ P1, dann PMAX = 1, dargestellt. Wenn der Absolutwert der tatsächlichen Aufladeleistung (PACT ) größer als oder gleich der vorbestimmten maximalen Aufladeleistung [engl.: power charge] (P2 ) ist, ist die maximale Aufladeleistung (PMAX ) des skalierten Werts gleich 0. Dies wird durch die Gleichung: PACT ≤ P2, dann PMAX = 0 dargestellt. Wenn die tatsächliche Aufladeleistung (PACT ) der Batterie 20 zwischen den Werten der vorbestimmte minimalen Aufladeleistung (P1 ) und der vorbestimmten maximalen Aufladeleistung (P2 ) liegt, wird schließlich die maximale Aufladeleistung (PMAX ) des skalierten Werts als Verhältnis unter Verwendung der folgenden Gleichung festgelegt: P1 > PACT > P2, dann PBATT = (P2-PACT)/(P2-P1).
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Sobald das Regenerationssteuersystem 22 den Ladungszustand (SOC) des skalierten Werts in Schritt 26, die Batterietemperatur (TBATT ) des skalierten Werts in Schritt 28 und die maximale Aufladeleistung (PMAX ) des skalierten Werts in Schritt 30 bestimmt hat, dann vergleicht das System 22 die tatsächliche Temperatur (TACT ) der Batterie 20 mit einer Betriebstemperatur (T3 ) der Batterie 20 in Schritt 32. Die Betriebstemperatur (T3 ) der Batterie 20 ist die minimale Betriebstemperatur für die Batterie 20. Die Betriebstemperatur (T3 ) der Batterie 20 liegt gut unterhalb des annehmbaren Leistungsbereichs der Batterie 20, der durch die minimale Betriebstemperatur (T1 ) und die maximale Betriebstemperatur (T2 ) festgelegt ist.
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Wenn die tatsächliche Temperatur (TACT ) der Batterie 20 geringer als oder gleich der Betriebstemperatur (T3 ) der Batterie 20 ist, dann werden der Ladungszustand (SOC) des skalierten Werts und die Temperatur (TBATT ) des skalierten Werts der Batterie 20 mit der ursprünglich angeforderten Regeneration (RREQ ) multipliziert, um eine Menge der tatsächlichen Regeneration (RACT ) zu bestimmen, Schritt 34. Das System 22 sendet die Menge der tatsächlichen Regeneration (RACT ) zur ECU 16, Schritt 36, zum Regenerieren der Batterie 20. Wenn die tatsächliche Temperatur (TACT ) der Batterie 20 geringer als oder gleich der Betriebstemperatur (T3 ) der Batterie 20 ist, unterstützt die Regeneration der Batterie 20 beim Erhöhen der Batterietemperatur auf die optimale Temperatur (T3 ) der Batterie 20.
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Wenn jedoch die tatsächliche Temperatur (TACT ) größer ist als die Betriebstemperatur (T3 ) der Batterie 20, dann ist ein Erhöhen der Temperatur der Batterie 20 nicht erwünscht. Die Regeneration der Batterie 20 wird infolge der niedrigen skalierten Werte für den Ladungszustand (SOC), die Batterietemperatur (TBATT ) des skalierten Werts und die maximale Aufladeleistung (PMAX ) des skalierten Werts verringert. Dies unterstützt beim Halten der Batterie 20 in den annehmbaren Betriebsbereichen. In diesem Fall werden der Ladungszustand (SOC) des skalierten Werts, die Batterietemperatur (TBATT ) des skalierten Werts und die maximale Aufladeleistung (PMAX ) des skalierten Werts mit der ursprünglich angeforderten Regeneration (RREQ ) multipliziert, um eine Menge der tatsächlichen Regeneration (RACT ) zu bestimmen, Schritt 38. Das System 22 sendet die Menge der tatsächlichen Regeneration (RACT ) zur ECU 16, Schritt 36, zum Wiederaufladen der Batterie 20.
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Durch Festlegen des Werts der tatsächlichen Regeneration (RACT ) auf der Basis des Ladungszustands (SOC), der Batterietemperatur (TBATT ) und der maximalen Aufladeleistung (PMAX ) kann die Regeneration der Batterie 20 gesteuert werden, um den Ladungszustand (SOC) und die Batterietemperatur (TBATT ) innerhalb annehmbarer Betriebsbereiche zu halten, während dennoch die verfügbare Regenerationsleistung genutzt wird.
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Obwohl die vorstehend beschriebene Ausführungsform ein elektrisch variables Getriebe umfasst, kann das hierin gelehrte Regenerationskapazitätssteuerverfahren bei einem beliebigen Hybridfahrzeug verwendet werden, das eine Regeneration der Batterie erfordert, und soll nicht auf Fahrzeuge mit elektrisch variablen Getrieben begrenzt sein.